МОРФОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РЕМОДЕЛИРОВАНИЯ БИОДЕГРАДИРУЕМЫХ СОСУДИСТЫХ ПРОТЕЗОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ

Основные положения

При разработке сосудистых протезов часто встречаемыми осложнениями являются гиперплазия неоинтимы и аневризмообразование. Для эффективной сборки новообразованной ткани на основе биодеградируемых протезов и направленного ремоделирования актуальным представляется создание дополнительных стимулов. Проведена сравнительная оценка ремоделирования на основе биодеградируемых сосудистых протезов в зависимости от наличия проангиогенных факторов и влияния антибактериального агента на модели сонной артерии овцы.

Резюме

Цель. Сравнительное описание ремоделирования двух типов протезов в зависимости от наличия или отсутствия проангиогенных факторов и влияния антибактериального агента.

Материалы и методы. Изготовлены два типа биодеградируемых сосудистых протезов из поли(3-гидроксибутирата-ко-3-гидроксивалерата) (PHBV) и поли(ε-капролактона) (PCL) методом электроспиннинга. На внутренней поверхности первого типа сосудистых протезов PHBV/PCL/Ilo/А формировали лекарственное покрытие из катионного амфифила и илопроста, а также создавали армирующую спираль методом послойного наплавления. При изготовлении второго типа сосудистых протезов PHBV/PCL/GFmix/Hep/Ilo на этапе электроспиннинга вводили композицию ростовых факторов (GFmix): фактор роста эндотелия сосудов (VEGF), основной фактор роста фибробластов (bFGF) и хемоаттрактантную молекулу (SDF-1α). Дополнительно для придания тромборезистентных свойств модифицировали илопрост и гепарин посредством комплексообразования через поливинилпирролидон. Полученные протезы имплантировали в сонную артерию овцы (n = 12). Эксплантированные сосудистые протезы исследованы с помощью гистологического и иммунофлуоресцентного окрашивания, а также исследован генетический профиль ремоделирования сосудистой стенки методом количественной полимеразной цепной реакции.

Результаты. По результатам гистологического и иммунофлуоресцентного исследований на основе протезов PHBV/PCL/GFmix/Hep/Ilo сформирована трехслойная сосудистая неоткань без отложений кальцификатов. Генетическое исследование показало, что через 6 мес. после имплантации ремоделирование в сравнении с сонной артерией овцы протекало в воспалительной среде (IL1A, IL4, IL8), а также характеризовалось воспалительной активацией эндотелия (KLF4). Сосудистая стенка, сформированная на основе протезов PHBV/PCL/Ilo/А, отличалась наличием гиперплазии неоинтимы, повышенной экспрессией противовоспалительного IL10, что может указывать на развитие хронического воспалительного процесса. Также характеризовалась формированием сети vasa vasorum в адвентиции и повышенной экспрессией гена CXCR4, кодирующего рецептор, связанный с ангиогенезом. В двух исследуемых группах не обнаружено признаков острого воспаления, однако выявлено расширение сосудистого просвета по типу аневризматического расширения. При сравнении неоткани, сформированной на основе протезов PHBV/PCL/GFmix/Hep/Ilo, с неотканью на основе протезов PHBV/PCL/Ilo/А наблюдался меньший уровень экспрессии провоспалительных и противовоспалительных цитокинов, а также молекул воспалительной и протромботической активации эндотелиальных клеток.

Заключение. Ростовые факторы, введенные в состав протезов PHBV/PCL/GFmix/Hep/Ilo, способны модулировать микроокружение, которое через полгода после имплантации привело к формированию трехслойной сосудистой неоткани. Данная неоткань, в сравнении с таковой на основе PHBV/PCL/Ilo/А, характеризуется снижением уровня экспрессии про- и противовоспалительных цитокинов и хемокина, а также молекул воспалительной и протромботической активации эндотелия.

1. Di Francesco D., Pigliafreddo A., Casarella S., Di Nunno L., Mantovani D., Boccafoschi F. Biological Materials for Tissue-Engineered Vascular Grafts: Overview of Recent Advancements. Biomolecules. 2023; 13:1389. doi:10.3390/biom13091389.

2. Wang Z., Mithieux S.M., Weiss A.S. Fabrication Techniques for Vascular and Vascularized Tissue Engineering. Adv. Healthc. Mater. 2019; 8(19):1900742. doi: 10.1002/adhm.201900742.

3. Leal B.B.J., Wakabayashi N., Oyama K., Kamiya H.; Braghirolli D.I., Pranke P. Vascular Tissue Engineering: Polymers and Methodologies for Small Caliber Vascular Grafts. Front. Cardiovasc. Med. 2021; 7:592361. doi: 10.3389/fcvm.2020.592361.

4. Watanabe T., Sassi S., Ulziibayar A., Hama R., Kitsuka T., Shinoka T. The Application of Porous Scaffolds for Cardiovascular Tissues. Bioengineering 2023;10:236. doi:10.3390/bioengineering10020236.

5. Dimitrievska S., Niklason L. E. Historical perspective and future direction of blood vessel developments. Cold Spring Harb. Perspect. Med. 2018; 8(2):a025742. doi:10.1101/cshperspect.a025742.

6. Nelson R. A., Rhee E. K., Alaeddine M., Nikkhah M. Advances in Biomaterials for Promoting Vascularization. Current Stem Cell Reports. 2022; 8:184-196. doi:10.1007/s40778-022-00217-w.

7. Antonova L.V., Sevostyanova V.V., Mironov A.V., Krivkina E.O., Velikanova E.A., Matveeva V.G., Glushkova T.V., Elgudin Ya.L., Barbarash L.S. In situ vascular tissue remodeling using biodegradable tubular scaffolds with incorporated growth factors and chemoattractant molecules. Complex Issues of Cardiovascular Diseases. 2018; 7(2):25-36. doi:10.17802/2306-1278-2018-7-2-25-36. (In Russian)

8. Антонова Л.В., Миронов А.В., Шабаев А.Р., Сильников В.Н., Кривкина Е.О., Матвеева В.Г., Великанова Е.А., Сенокосова Е.А., Ханова М.Ю., Севостьянова В.В., Глушкова Т.В., Мухамадияров Р.А., Барбараш Л.С. Тканеинженерные сосудистые заплаты – сравнительная характеристика и результаты преклинических испытаний на модели овцы. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2022;24(4):94-108. doi:10.15825/1995-1191-2022-4-94-108.

9. Кривкина Е.О., Миронов А.В., Шабаев А.Р., Великанова Е.А., Ханова М.Ю., Синицкая А.В., Антонова Л.В., Барбараш Л.С. Особенности ремоделирования новообразованной сосудистой ткани на базе биодеградируемых сосудистых протезов, имплантированных в сонную артерию овец: морфогенетический анализ. Сибирский журнал клинической и экспериментальной медицины. 2023;38(1):152-159. doi:10.29001/2073-8552-2023-38-1-151-159.

10. Antonova L., Kutikhin A., Sevostianova V., Lobov A., Repkin E., Krivkina E., Velikanova E., Mironov A., Mukhamadiyarov R., Senokosova E., Khanova M., Shishkova D., Markova V., Barbarash L. Controlled and Synchronised Vascular Regeneration upon the Implantation of Iloprost and Cationic Amphiphilic Drugs-Conjugated Tissue-Engineered Vascular Grafts into the Ovine Carotid Artery: A Proteomics-Empowered Study. Polymers. 2022;14(23):5149. doi:10.3390/polym14235149.

11. Yarinich L.A., Burakova E.A., Zakharov B.A., Boldyreva E.V., Babkina I.N., Tikunova N.V., Silnikov V.N. Synthesis and structure-activity relationship of novel 1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane derivatives as potent antimicrobial agents. Eur J Med Chem. 2015;95:563-73. doi: 10.1016/j.ejmech.2015.03.033.

12. Antonova L.V., Sevostianova V.V., Silnikov V.N., Krivkina E.O., Velikanova E.A., Mironov A.V., Shabaev A.R., Senokosova E.A., Khanova M.Y., Glushkova T.V., Akentieva T.N., Sinitskaya A.V., Markova V.E., Shishkova D.K., Lobov A.A., Repkin E.A., Stepanov A.D., Kutikhin A.G., Barbarash L.S. Comparison of the Patency and Regenerative Potential of Biodegradable Vascular Prostheses of Different Polymer Compositions in an Ovine Model. Int J Mol Sci. 2023;24(10): 8540. doi:10.3390/ijms24108540.

13. Antonova L.V., Sevostyanova V.V., Mironov A.V., Krivkina E.O., Velikanova E.A., Matveeva V.G., Glushkova T.V., Elgudin Ya.L., Barbarash L.S. In situ vascular tissue remodeling using biodegradable tubular scaffolds with incorporated growth factors and chemoattractant molecules. Complex Issues of Cardiovascular Diseases. 2018;7(2):25-36. doi:10.17802/2306-1278-2018-7-2-25-36.

14. Roh J.D., Sawh-Martinez R., Brennan M.P., Jay S.M., Devine L., Rao D.A., Yi T., Mirensky T.L., Nalbandian A., Udelsman B., Hibino N., Shinoka T., Saltzman W.M., Snyder E., Kyriakides T.R., Pober J.S., Breuer C.K. Tissue-engineered vascular grafts transform into mature blood vessels via an inflammation-mediated process of vascular remodeling. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010;107(10):4669-4674. doi:10.1073/pnas.0911465107.

15. Wei Q., Becherer T., Angioletti-Uberti S., Dzubiella J., Wischke C., Neffe A.T., Lendlein A., Ballauff M., Haag R. Protein interactions with polymer coatings and biomaterials. Angew Chem Int Ed Engl. 2014;53(31):8004-31. doi:10.1002/anie.201400546.

16. Planas-Rigol E., Terrades-Garcia N., Corbera-Bellalta M., Lozano E., Alba M.A., Segarra M., Espígol-Frigolé G., Prieto-González S., Hernández-Rodríguez J., Preciado S., Lavilla R., Cid M.C. Endothelin-1 promotes vascular smooth muscle cell migration across the artery wall: a mechanism contributing to vascular remodelling and intimal hyperplasia in giant-cell arteritis. Ann Rheum Dis. 2017;76(9):1624-1634. doi:10.1136/annrheumdis-2016-210792.

17. Lee K.W., Gade P.S., Dong L., Zhang Z., Aral A.M., Gao J., Ding X., Stowell C.E.T., Nisar M.U., Kim K., Reinhardt D.P., Solari M.G., Gorantla V.S., Robertson A.M., Wang Y. A biodegradable synthetic graft for small arteries matches the performance of autologous vein in rat carotid arteries. Biomaterials. 2018;181:67-80. doi:10.1016/j.biomaterials.2018.07.037.

18. Hibino N., Yi T., Duncan D.R., Rathore A., Dean E., Naito Y., Dardik A., Kyriakides T., Madri J., Pober J.S., Shinoka T., Breuer C.K. A critical role for macrophages in neovessel formation and the development of stenosis in tissue-engineered vascular grafts. FASEB J. 2011;25(12):4253-63. doi: 10.1096/fj.11-186585.

19. Zhang F., King M.W. Immunomodulation Strategies for the Successful Regeneration of a Tissue-Engineered Vascular Graft. Adv Healthc Mater. 2022;11(12):e2200045. doi:10.1002/adhm.202200045.

20. Ajith T. А. Macrophage Polarization: An Ideal Therapeutic Strategy Remains to be Explored in Atherosclerotic Cardiovascular Disease. Journal of Advanced Health Research & Clinical Medicine. 2024;1(1):3-12. doi: 10.4103/JHCR.JHCR_10_23.

21. Li D.W., Liu Z.Q., Wei J., Liu Y., Hu L.S. Contribution of endothelial progenitor cells to neovascularization (Review). Int. J. Mol. Med. 2012;30(5):1000-1006. doi:10.3892/ijmm.2012.1108.

22. Черток В.М., Черток А.Г., Зенкина В.Г. Эндотелиозависимая регуляция ангиогенеза. Цитология. 2017;59(4):243-258 [Chertok V.M., Chertok A.G., Zenkina V.G. Endotelial-dependent of the regulation of angiogenesis. Tsitologiia. 2017;59(4):243-258 (In Russian)]

23. Kiewisz J., Kaczmarek M.M., Pawlowska A., Kmiec Z., Stompor T. Endothelial progenitor cells participation in cardiovascular and kidney diseases: a systematic review. Acta Biochim. Pol. 2016;63(3):475-482. doi:10.18388/abp.2016_1284.

24. Cheng M., Huang K., Zhou J., Yan D., Tang Y.-L., Zhao T.C. et al. A critical role of Src family kinase in SDF-1/CXCR4-mediated bone-marrow progenitor cell recruitment to the ischemic heart. J. Mol. Cell. Cardiol. 2015;81:49-53. doi:10.1016/j.yjmcc.2015.01.024.

25. Liu Z.-J., Velazquez O.C. Hyperoxia, endothelial progenitor cell mobilization, and diabetic wound healing. Antioxid. Redox. Signal. 2008;10(11):1869-1882. doi:10.1089/ars.2008.2121.

26. Pilard M., Ollivier E.L., Gourdou-Latyszenok V., Couturaud F., Lemarié C.A. Endothelial Cell Phenotype, a Major Determinant of Venous Thrombo-Inflammation. Front Cardiovasc Med. 2022;9:864735. doi: 10.3389/fcvm.2022.864735.

27. Asai R., Kurihara Y., Fujisawa K., Sato T., Kawamura Y., Kokubo H., Tonami K., Nishiyama K., Uchijima Y., Miyagawa-Tomita S., Kurihara H. Endothelin receptor type A expression defines a distinct cardiac subdomain within the heart field and is later implicated in chamber myocardium formation. Development. 2010;137(22):3823-3833. doi:10.1242/dev.054015.

28. Ghaleb A.M., Yang V.W. Krüppel-like factor 4 (KLF4): What we currently know. Gene. 2017;611:27-37. doi:10.1016/j.gene.2017.02.025.

29. Шишкова Д.К., Синицкая А.В., Синицкий М.Ю., Матвеева В.Г., Великанова Е.А., Маркова В.Е., Кутихин А.Г. Случай спонтанного эндотелиально-мезенхимального перехода в культуре первичных эндотелиальных клеток пупочной вены человека. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2022;11(3):97-114. doi:10.17802/2306-1278-2022-11-3-97-114.